KR20050057170A - Ｃｐｐ 구조 자기 저항 효과 소자 및 헤드 슬라이더 - Google Patents

Ｃｐｐ 구조 자기 저항 효과 소자 및 헤드 슬라이더 Download PDF

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Abstract

자기 저항 효과막(44)은 매체 대향면에 교차하는 기준면(43)을 따라서 넓어진다. 자기 저항 효과막(44)에는 기준면(43)을 따라서 넓어지는 비자성체(47)가 인접한다. 소위 자기 영역 제어막은 생략된다. 본 발명자는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자에서는 전류 자계에 기초하여 매체 대향면을 따라서 한 방향으로 충분히 자화가 확립되는 것을 알아냈다. 전류 자계에 의하면, 발열 즉 전력량이 일정하게 유지되는 한, 자유측 자성층에서 충분한 강도의 자계가 확립될 수 있다. 이렇게 해서 자유측 자성층의 자화 방향이 제어될 수 있다.

Description

ＣＰＰ 구조 자기 저항 효과 소자 및 헤드 슬라이더{CPP STRUCTURE MAGNETORESISTANCE EFFECT ELEMENT AND HEADb SLIDER}
본 발명은 예컨대, 스핀 밸브막이나 터널 접합막과 같은 자기 저항 효과막을 이용하는 자기 저항 효과 소자에 관한 것으로, 특히, 임의의 기층의 표면에 적층되는 자기 저항 효과막에, 기층의 표면에 직교하는 수직 방향 성분을 갖는 센스 전류를 유통시키는 CPP(Current Perpendicular-to-the-Plane) 구조 자기 저항 효과 소자에 관한 것이다.
일반적으로, 자기 저항 효과 소자에서는, 임의의 기층 상에 스핀 밸브막과 같은 자기 저항 효과막이 적층된다. 스핀 밸브막은 기층 상에서 예컨대 1쌍의 자기 영역 제어막 사이에 개재된다. 자기 영역 제어막끼리의 사이에는 한 방향을 따라서 바이어스 자계가 확립된다. 이러한 바이어스 자계에 기초하여 스핀 밸브막 내의 자유측 강자성층(free layer)에서는 자화 방향이 정돈된다. 그 결과, 소위 바르크하우젠 노이즈는 억제된다. 자기 영역 제어막은 일반적으로 경자성 재료 즉 하드막으로 구성된다. 바이어스 자계의 강도는 예컨대 자기 영역 제어막의 막 두께나 잔류 자화 강도에 기초하여 결정된다.
소위 CPP 구조 자기 저항 효과 소자에서는 이미 알려진 CIP(Current In-the-Plane) 구조 자기 저항 효과 소자에 비해서, 자기 저항 효과막의 사이즈가 현저히 축소될 수 있다. 자기 저항 효과막의 축소에 따라 자기 영역 제어막끼리의 간격은 현저히 좁아진다. 이렇게 해서 간격이 축소되면, 자기 저항 효과막 내의 자유측 강자성층에 지나친 바이어스 자계가 작용해 버린다. 바이어스 자계의 증대는 자유측 강자성층에서 자화 방향의 회전을 저해한다.
특허문헌 : 일본 특허 공개 2000-149225호 공보
도 1은 자기 기록 매체 구동 장치의 한 구체예 즉 하드디스크 구동 장치(HDD)의 구조를 개략적으로 도시하는 평면도이다.
도 2는 한 구체예에 따른 부상 헤드 슬라이더의 구조를 개략적으로 도시하는 확대 사시도이다.
도 3은 부상면에서 관찰되는 판독 기록 헤드의 모습을 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 CPP 구조 자기 저항 효과(MR) 판독 소자의 구조를 개략적으로 도시하는 확대 정면도이다.
도 5는 전류에 기초하여 자유측 강자성층 내에서 생성되는 자계의 모습을 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 6은 전류에 기초하여 자유측 강자성층 내에서 제어되는 자화의 방향을 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 7a 및 도 7b는 전류에 기초하여 자유측 강자성층 내에서 자화가 제어될 때에, 기록 자계의 방향을 따라서 자유측 강자성층 내에서 변화되는 자화의 모습을 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 8은 전류 및 자기 영역 제어막에 기초하여 자유측 강자성층 내에서 제어되는 자화의 방향을 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 9a 및 도 9b는 전류 및 자기 영역 제어막에 기초하여 자유측 강자성층 내에서 자화가 제어될 때에, 기록 자계의 방향에 따라서 자유측 강자성층 내에서 변화되는 자화의 모습을 개략적으로 도시하는 모식도이다.
도 10은 한 변이 0.32 μm인 정방형의 자기 저항 효과막으로 자유측 강자성층 내에 확립되는 자계의 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 11은 한 변이 0.16 μm인 정방형의 자기 저항 효과막으로 자유측 강자성층 내에 확립되는 자계의 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 12는 한 변이 0.08 μm인 정방형의 자기 저항 효과막으로 자유측 강자성층 내에 확립되는 자계의 강도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 13은 자기 저항 효과막의 정형에 있어서 자기 저항 효과막 상에 형성되는 레지스트막의 모습을 개략적으로 도시하는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 14는 자기 저항 효과막 및 상측 전극을 정형하는 공정을 개략적으로 도시하는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 15는 비자성막을 형성하는 공정을 개략적으로 도시하는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 16은 상측 전극의 표면을 노출시키는 공정을 개략적으로 도시하는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 17은 도 3에 대응하며, 본 발명의 제2 실시예에 따른 CPP 구조 자기 저항 효과(MR) 판독 소자의 구조를 개략적으로 도시하는 정면도이다.
도 18은 기초 비자성막 및 연자성 소재막을 형성하는 공정을 개략적으로 도시하는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 19는 연자성 소재막으로부터 연자성체를 정형하는 공정을 개략적으로 도시하는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 20은 비자성막을 형성하는 공정을 개략적으로 도시하는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 21은 상측 전극 및 연자성체의 표면을 노출시키는 공정을 개략적으로 도시하는 기판의 확대 부분 단면도이다.
도 22는 도 4에 대응하며, 다른 구체예에 따른 스핀 밸브막의 구조를 개략적으로 도시하는 확대 정면도이다.
도 23은 도 4에 대응하며, 한 구체예에 따른 터널 접합막의 구조를 개략적으로 도시하는 확대 정면도이다.
본 발명은 상기 실상을 감안하여 이루어진 것으로, 자기 저항 효과막의 크기에 따라서 비교적 간단하게 자기 저항 효과막 내의 자유측 자성층의 자화 방향을 제어할 수 있는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 제1 발명에 따르면, 매체 대향면에 교차하는 기준면을 규정하는 하측 전극과, 소정의 간격으로 기준면과 마주 보게 되는 상측 전극과, 상측 전극과 하측 전극 사이에 배치되어, 하측 전극에 접촉하면서 기준면을 따라서 넓어지는 자기 저항 효과막과, 자기 저항 효과막에 인접하면서 기준면을 따라서 넓어지는 비자성체를 구비하는 것을 특징으로 하는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자가 제공된다.
이와 같은 CPP 구조 자기 저항 효과 소자에서는, 기준면에 직교하는 방향으로 상측 전극과 하측 전극 사이에서 전류가 유통된다. 본 발명자의 관찰에 따르면, 전류의 유통에 직교하는 한 수평 단면에서는 그 중심 주위에서 한 방향으로 회전하는 전류 자계가 확립되는 것이 확인되었다. 더구나, 자기 저항 효과막에서는, 이와 같은 전류 자계의 강도는 중심으로부터의 거리에 따라서 증대되는 것이 확인되었다. 일반적으로, 한 전류로부터 전류 자계가 발생하는 경우에는 중심으로부터의 거리에 따라서 전류 자계의 강도는 감소한다. 그러나, 본 발명자의 관찰에 따르면, 자기 저항 효과막의 한 수평 단면에 수직 방향으로부터 골고루 전류가 유통되면, 그 한 수평 단면에서는 전술한 바와 같이 중심으로부터의 거리에 따라서 전류 자계의 강도가 증대되는 것을 알아냈다. 그 결과, 본 발명자는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자에서는 전류 자계에 기초하여 매체 대향면을 따라서 한 방향으로 충분히 자화가 확립되는 것을 알아냈다. 본 발명자는 자유측 자성층의 자화 방향을 제어함에 있어서 전류 자계의 유용성을 알아냈다.
일반적으로, CPP 구조 자기 저항 효과 소자에서는, 자기 저항 효과막의 발열에 기초하여 전류값이 설정된다. 전술한 전류 자계에 따르면, 발열 즉 전력량이 일정하게 유지되는 한, 자유측 자성층에서는 충분한 강도의 자계가 확립될 수 있다. 따라서, 자기 저항 효과막의 축소에도 불구하고 자유측 자성층의 자화 방향은 간단히 제어될 수 있다.
CPP 구조 자기 저항 효과 소자는 매체 대향면을 따라서 상측 전극, 하측 전극, 자기 저항 효과막 및 비자성막을 개재하는 상부 및 하부 실드층과, 매체 대향면을 따르면서 상부 실드층으로부터 하부 실드층을 향하여 자기 저항 효과막에 병렬로 연장되는 연자성체를 더 구비하더라도 좋다.
연자성체는 소위 실드층으로서 기능한다. 이와 같은 연자성체에 의하면, 자기 저항 효과막에 작용하는 자계의 영역을 좁힐 수 있다. 특히, 소위 트랙 폭 방향으로 자기 정보의 분해능은 높일 수 있다. 이렇게 해서 CPP 구조 자기 저항 효과 소자는 한층 더 기록 밀도의 향상에 크게 공헌할 수 있다. 이 때, 연자성체는 상부 실드층과 하부 실드층 중 어느 한 쪽에 접속되더라도 좋다. CPP 구조 자기 저항 효과 소자에서는 상부 실드층은 상측 전극을 겸하더라도 좋으며, 하부 실드층은 하측 전극을 겸하더라도 좋다.
제2 발명에 따르면, 매체 대향면에 교차하는 기준면을 따라서 넓어지는 자기 저항 효과막과, 매체 대향면을 따라서 자기 저항 효과막을 개재하는 상부 실드층 및 하부 실드층과, 매체 대향면을 따르면서 상부 실드층으로부터 하부 실드층을 향하여 자기 저항 효과막에 병렬로 연장되는 연자성체를 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자가 제공된다.
이와 같은 자기 저항 효과 소자에서는, 연자성체는 소위 실드층으로서 기능한다. 이와 같은 연자성체에 의하면, 자기 저항 효과막에 작용하는 자계의 영역을 좁힐 수 있다. 특히, 소위 트랙 폭 방향으로 자기 정보의 분해능을 높일 수 있다. 이렇게 해서 CPP 구조 자기 저항 효과 소자는 한층 더 기록 밀도의 향상에 크게 공헌할 수 있다. 이 때, 연자성체는 상부 실드층과 하부 실드층 중 어느 한 쪽에 접속되더라도 좋다. CPP 구조 자기 저항 효과 소자에서는 상부 실드층은 상측 전극을 겸하더라도 좋으며, 하부 실드층은 하측 전극을 겸하더라도 좋다.
이상과 같은 CPP 구조 자기 저항 효과 소자나 자기 저항 효과 소자는 예컨대 헤드 슬라이더에 편입되어 이용될 수 있다. 헤드 슬라이더는 예컨대 하드 디스크 구동 장치와 같은 자기 기록 매체 구동 장치에 내장되어 사용된다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예를 설명한다.
도 1은 자기 기록 매체 구동 장치의 한 구체예 즉 하드디스크 구동 장치(HDD)(11)의 내부 구조를 개략적으로 도시한다. 이 HDD(11)는 예컨대 평평한 직방체의 내부 공간을 구획하는 상자형의 케이스 본체(12)를 구비한다. 수용 공간에는 기록 매체로서의 1장 이상의 자기 디스크(13)가 수용된다. 자기 디스크(13)는 스핀들 모터(14)의 회전축에 장착된다. 스핀들 모터(14)는 예컨대 7200 rpm이나 10000 rpm과 같은 고속도로 자기 디스크(13)를 회전시킬 수 있다. 케이스 본체(12)에는 케이스 본체(12)와의 사이에서 수용 공간을 밀폐하는 덮개 즉 커버(도시되지 않음)가 결합된다.
수용 공간에는 헤드 액츄에이터(15)가 또한 수용된다. 이 헤드 액츄에이터(15)는 수직 방향으로 연장되는 지지축(16)에 회전이 자유롭게 연결된다. 헤드 액츄에이터(15)는 지지축(16)으로부터 수평 방향으로 연장되는 복수의 액츄에이터 아암(17)과, 각 액츄에이터 아암(17)의 선단에 부착되어 액츄에이터(17)로부터 전방으로 연장되는 헤드 서스펜션 어셈블리(18)를 구비한다. 액츄에이터 아암(17)은 자기 디스크(13)의 표면 및 이면마다 설치된다.
헤드 서스펜션 어셈블리(18)는 로드 빔(19)을 구비한다. 로드 빔(19)은 소위 탄성 굴곡 영역을 통해 액츄에이터 아암(17)의 전단에 연결된다. 탄성 굴곡 영역의 작용으로, 로드 빔(19)의 전단에는 자기 디스크(13)의 표면을 향하여 소정의 압박력이 작용한다. 로드 빔(19)의 전단에는 부상 헤드 슬라이더(21)가 지지된다. 부상 헤드 슬라이더(21)는 로드 빔(19)에 고정되는 짐벌(도시되지 않음)에 자세 변화가 자유롭게 수용된다.
자기 디스크(13)의 회전에 기초하여 자기 디스크(13)의 표면에서 기류가 생성되면, 후술하는 바와 같이, 기류의 작용으로 부상 헤드 슬라이더(21)에는 정압 즉 부력 및 부압이 작용한다. 부력 및 부압과 로드 빔(19)의 압박력이 균형을 이룸으로써 자기 디스크(13)의 회전 중에 비교적 높은 강성(剛性)으로 부상 헤드 슬라이더(21)는 부상을 계속할 수 있다.
액츄에이터 아암(17)에는 예컨대 보이스 코일 모터(VCM)와 같은 동력원(22)이 접속된다. 이 동력원(22)의 작용으로 액츄에이터 아암(17)은 지지축(16) 주위에서 회전할 수 있다. 이러한 액츄에이터 아암(17)의 회전에 기초하여 헤드 서스펜션 어셈블리(18)의 이동은 실현된다. 부상 헤드 슬라이더(21)의 부상 중에 지지축(16) 주위에서 액츄에이터 아암(17)이 요동하면, 부상 헤드 슬라이더(21)는 반경 방향으로 자기 디스크(13)의 표면을 횡단할 수 있다. 이러한 이동에 기초하여 부상 헤드 슬라이더(21)는 원하는 기록 트랙에 위치 결정된다.
도 2는 부상 헤드 슬라이더(21)의 한 구체예를 도시한다. 이 부상 헤드 슬라이더(21)는 예컨대 평평한 직방체에 형성되는 슬라이더 본체(23)를 구비한다. 이 슬라이더 본체(23)는 매체 대향면 즉 부상면(24)에서 자기 디스크(13)와 마주 본다. 부상면(24)에는 평탄한 베이스면 즉 기준면이 규정된다. 자기 디스크(13)가 회전하면, 슬라이더 본체(23)의 전단에서부터 후단을 향하여 부상면(24)에는 기류(25)가 작용한다. 슬라이더 본체(23)는 예컨대 Al2O3-TiC(알틱)제의 모재(23a)와, 이 모재(23a)의 공기 유출측 단부면에 적층되는 Al2O3(알루미나)막(23b)으로 구성되면 좋다.
슬라이더 본체(23)의 부상면(24)에는 전술한 기류(25)의 상류측 즉 공기 유입측에서 베이스면으로부터 솟아오르는 한 줄기의 프론트 레일(26)과, 기류(25)의 하류측 즉 공기 유출측에서 베이스면으로부터 솟아오르는 리어 레일(27)이 형성된다. 프론트 레일(26) 및 리어 레일(27)의 정상면에는 소위 ABS(공기 베어링 면)(28, 29)이 규정된다. ABS(28, 29)의 공기 유입단은 단차(31, 32)를 통해 레일(26, 27)의 정상면에 접속된다.
자기 디스크(13)의 회전에 기초하여 생성되는 기류(25)는 부상면(24)에 수용된다. 이 때, 단차(31, 32)의 작용으로 ABS(28, 29)에는 비교적 큰 정압 즉 부력이 생성된다. 더구나, 프론트 레일(26)의 후방 즉 배후에는 큰 부압이 생성된다. 이들 부력 및 부압의 밸런스에 기초하여 부상 헤드 슬라이더(21)의 부상 자세는 확립된다.
슬라이더 본체(23)에는 전자기 변환 소자 즉 판독 기록 헤드 소자(33)가 탑재된다. 이 판독 기록 헤드 소자(33)는 슬라이더 본체(23)의 알루미나막(23b) 내에 매립된다. 판독 기록 헤드 소자(33)의 판독 갭이나 기록 갭은 리어 레일(27)의 ABS(29)에서 노출된다. 다만, ABS(29)의 표면에는 판독 기록 헤드(33)의 전단에 피복되는 DLC (다이아몬드형 카본) 보호막이 형성되더라도 좋다. 판독 기록 헤드 소자(33)의 상세한 것은 후술한다. 한편, 부상 헤드 슬라이더(21)의 형태는 이와 같은 형태에 한정되는 것이 아니다.
도 3은 부상면(24)의 모습을 상세히 나타낸다. 판독 기록 헤드(33)는 박막 자기 헤드 즉 유도 기록 헤드 소자(34)와, 본 발명의 제1 실시예에 따른 CPP 구조 전자기 변환 소자 즉 CPP 구조 자기 저항 효과(MR) 판독 소자(35)를 구비한다. 유도 기록 헤드 소자(34)는 주지된 바와 같이, 예컨대 도전 코일 패턴(도시되지 않음)에서 생기는 자계를 이용하여 자기 디스크(13)에 2치 정보를 기록할 수 있다. CPP 구조 MR 판독 소자(35)는 주지된 바와 같이, 자기 디스크(13)로부터 작용하는 자계에 따라서 변화되는 저항에 기초하여 2치 정보를 검출할 수 있다. 유도 기록 헤드 소자(34) 및 CPP 구조 MR 판독 소자(35)는 전술한 알루미나막(23b)의 상측 반층 즉 오버코트막을 구성하는 Al2O3(알루미나)막(36)과, 하측 반층 즉 언더코트막을 구성하는 Al2O3(알루미나)막(37) 사이에 개재된다.
유도 기록 헤드 소자(34)는 ABS(29)에서 전단을 노출시키는 상부 자극층(38)과, 마찬가지로 ABS(29)에서 전단을 노출시키는 하부 자극층(39)을 구비한다. 상부 및 하부 자극층(38, 39)은 예컨대 FeN이나 NiFe로 형성되면 좋다. 상부 및 하부 자극층(38, 39)은 협동하여 유도 기록 헤드 소자(34)의 자성 코어를 구성한다.
상부 및 하부 자극층(38, 39) 사이에는 예컨대 Al2O3(알루미나)제의 비자성 갭층(41)이 개재된다. 주지된 바와 같이, 도전 코일 패턴에서 자계가 생기면, 비자성 갭층(41)의 작용으로, 상부 자극층(38)과 하부 자극층(39)을 오가는 자속은 ABS(29)으로부터 누출된다. 이렇게 해서 누출되는 자속이 기록 자계(갭 자계)를 형성한다.
CPP 구조 MR 판독 소자(35)는 알루미나막(37) 즉 기초 절연층의 표면을 따라서 넓어지는 하측 전극(42)을 구비한다. 하측 전극(42)은 도전성을 갖출 뿐만 아니라 동시에 연자성을 갖추더라도 좋다. 하측 전극(42)이 예컨대 NiFe와 같은 도전성의 연자성체로 구성되면, 이 하측 전극(42)은 동시에 CPP 구조 MR 판독 소자(35)의 하부 실드층으로서 기능할 수 있다.
하측 전극(42)의 표면에는 부상면(24)에 90도의 교차각으로 교차하는 한 평탄화면(43) 즉 기준면이 규정된다. 평탄화면(43) 상에는 소정의 윤곽으로 자기 저항 효과(MR)막(44)이 적층된다. 자기 저항 효과막(44)은 ABS(29)에서 노출되는 전단으로부터 평탄화면(43)을 따라서 후방으로 넓어진다. 이렇게 해서 자기 저항 효과막(44) 및 하측 전극(42) 사이에는 접촉 즉 전기적 접속이 확립된다. 자기 저항 효과막(44) 구조의 상세한 것은 후술된다.
자기 저항 효과막(44) 상에는 상측 전극(45)이 배치된다. 자기 저항 효과막(44)은 상측 전극(45)과 하측 전극(42) 사이에 개재된다. 상측 전극(45) 상에는 상부 실드층(46)이 배치된다. 상부 실드층(46)은 연자성을 갖출 뿐만 아니라 동시에 도전성을 갖추더라도 좋다. 마찬가지로 상측 전극(45)은 도전성을 갖출 뿐만 아니라 동시에 연자성을 갖추더라도 좋다. 상측 전극(45)이 예컨대 NiFe와 같은 도전성의 연자성체로 구성되면, 이 상측 전극(45)은 동시에 CPP 구조 MR 판독 소자(35)의 상부 실드층으로서 기능할 수 있다. 전술한 하부 실드층 즉 하측 전극(42)과 상측 전극(45)과의 간격은 자기 디스크(13) 상에서 기록 트랙의 선 방향으로 자기 기록의 분해능을 결정한다.
평탄화면(43) 상에는 자기 저항 효과막(44)에 인접하면서 비자성막(47)이 넓어진다. 비자성막(47)은 하부 전극(42)과 상부 실드층(46) 사이에 개재된다. 비자성막(47)은 예컨대 Al2O3나 SiO2와 같은 절연 재료로 구성되면 좋다. 이렇게 해서 비자성막(47)에 절연성이 부여되므로, 가령 상부 실드층(46)에 도전성이 부여되더라도 상부 실드층(46)과 하측 전극(42) 사이에서 전기적인 단락은 저지될 수 있다.
도 4는 CPP 구조 MR 판독 소자(35)의 확대도를 도시한다. 자기 저항 효과막(44)은 소위 스핀 밸브막으로 구성된다. 즉, 이 자기 저항 효과막(44)에서는, 기초층(48), 자화 방향 고정층(pinning layer)(49), 고정측 강자성층(pinned layer)(51), 도전성의 비자성 중간층(52), 자유측 강자성층(53) 및 보호캡층(54)이 순서대로 적층된다. 고정측 강자성층(51)이나 자유측 강자성층(53)은 예컨대 NiFe와 같은 연자성 재료로 구성되면 좋다. 자화 방향 고정층(49)은 예컨대 IrMn과 같은 반강자성 재료로 구성되면 좋다. 이와 같은 자화 방향 고정층(49)의 작용으로 고정측 강자성층(51)에서는 한 방향으로 자화가 고정된다. 비자성 중간층(52)은 예컨대 Cu층으로 구성되면 좋다.
자기 정보를 판독함에 있어서 CPP 구조 MR 판독 소자(35)가 자기 디스크(13)의 표면과 마주 보게 되면, 자기 저항 효과막(44)에서는 주지된 바와 같이, 자기 디스크(13)로부터 작용하는 자계의 방향에 따라서 자유측 강자성층(53)의 자화는 회전한다. 이렇게 해서 자유측 강자성층(53)의 자화가 회전하면, 자기 저항 효과막(44)의 전기 저항은 크게 변화된다. 따라서, 상측 전극(45) 및 하측 전극(42)으로부터 자기 저항 효과막(44)에 센스 전류가 공급되면, 상측 전극(45) 및 하측 전극(42)으로부터 취해지는 전압의 레벨은 전기 저항의 변화에 따라서 변화된다. 이 레벨의 변화에 따라서 2치 정보를 판독할 수 있다.
여기서, 본 발명자는 전류의 공급에 따라서 자유측 강자성층(53)에서 생성되는 전류 자계를 검증했다. 검증함에 있어서 본 발명자는 컴퓨터 상에서 자계 해석 소프트웨어를 실행했다. 자기 저항 효과막(44)의 수직 방향으로 전류의 유통이 설정되었다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전류의 유통에 직교하는 한 수평 단면에서는 그 중심 주위에서 한 방향으로 회전하는 전류 자계가 확립되는 것이 확인되었다. 더구나, 자유측 강자성층(53)에서는, 이와 같은 전류 자계의 강도는 중심으로부터의 거리에 따라서 증대되는 것이 확인되었다. 일반적으로, 한 전류로부터 전류 자계가 발생하는 경우에는, 중심으로부터의 거리에 따라서 전류 자계의 강도는 감소한다. 그러나, 이 검증에 따르면, 한 수평 단면에 수직 방향으로부터 골고루 전류가 유통되면, 그 한 수평 단면에서는 중심으로부터의 거리에 따라서 전류 자계의 강도는 증대하는 것을 알아냈다. 특히, 이와 같은 전류 자계에서는, 도 5로부터 분명한 바와 같이, 자계의 방향은 ABS(29)를 따라서 확립되는 것이 확인되었다. 본 발명자는 전술한 것과 같은 CPP 구조 MR 판독 소자(35)에서는 ABS(29)를 따라서 한 방향으로 충분히 자화가 확립되는 것을 알아냈다.
본 발명자는 또한 자유측 강자성층(53)에서 생성되는 자계를 관찰했다. 관찰함에 있어서 다시 자계 해석 소프트웨어가 이용되었다. 여기서는, 전류 자계의 영향에 더하여, 고정측 강자성층(51)의 자계나 정자계, 교환 상호 작용의 영향이 고려되었다. 자기 저항 효과막(44)의 윤곽은 한 변이 0.16 μm인 정방형로 설정되었다. 도 6으로부터 분명한 바와 같이, 자유측 강자성층(53)에서 자벽의 발생은 회피되는 것이 확인되었다. 더구나, 도 7로부터 분명한 바와 같이, 자기 디스크(13)를 향하여 기록 자계(55)가 유입되는 경우와, 반대로 자기 디스크(13)로부터 기록 자계(56)가 유출되는 경우에 있어서 충분히 자화가 회전하는 것이 확인되었다. 어느 쪽의 경우라도 자벽의 발생은 회피할 수 있었다. 한편, 도 6 및 도 7에서는 개개의 화살표로 자화의 방향이 특정된다.
동시에, 본 발명자는 비교예에 따른 CPP 구조 MR 판독 소자에서 자유측 강자성층에 생성되는 자계를 관찰했다. 이 CPP 구조 MR 판독 소자에서는 전술한 바와 같은 식의 자기 저항 효과막(44)이 편입되었다. 다만, 자기 저항 효과막(44)은 ABS를 따라서 1쌍의 자기 영역 제어막에 개재되었다. 자기 영역 제어막끼리의 사이에는 한 방향을 따라서 자유측 강자성층을 횡단하는 바이어스 자계가 형성되었다. 도 8로부터 분명한 바와 같이, 자유측 강자성층에서는 바이어스 자계의 영향이 확인되었다. 도 9에 도시된 바와 같이, 자기 디스크(13)를 향하여 기록 자계(55)가 유입되는 경우와, 반대로 자기 디스크(13)로부터 기록 자계(56)가 유출되는 경우에 있어서, 자화가 회전하는 것이 확인되었다. 이렇게 해서 전술한 CPP 구조 MR 판독 소자(35)의 실현성은 확인되었다.
그 후, 본 발명자는 자기 저항 효과막(44)에서 생성되는 전류 자계의 강도 분포와, 비교예에 따른 CPP 구조 자기 저항 효과 소자에서 자기 저항 효과막(44)에 작용하는 바이어스 자계의 강도 분포를 검증했다. 검증함에 있어서 다시 자계 해석 소프트웨어가 이용되었다. 유통되는 전류의 크기는 다음의 수학식 1에 기초하여 설정되었다.
여기서는, 자기 저항 효과막(44)의 발열에 기초하여 전류치는 P=550 μW에 기초하여 설정되었다. 자계의 위치는 자유측 강자성층(53)의 일단으로부터 ABS(29)를 따라서 측정되는 거리에 기초하여 특정되었다. 예컨대 도 10에 도시된 바와 같이, 자기 저항 효과막(44)이 한 변이 0.32 μm인 정방형으로 형성되는 경우, CPP 구조 MR 판독 소자(35)에서는 ABS(29)를 따라서 자계의 강도가 거의 균일하게 확립될 수 있다. 한편, 비교예에 따른 CPP 구조 MR 판독 소자에서는 0.05 μm에서부터 0.25 μm까지의 범위에서 전류 자계에 기초한 자계 강도를 하회해 버린다. 도 11로부터 분명한 바와 같이, 자기 저항 효과막(44)이 한 변이 0.16 μm인 정방형으로 형성되는 경우, 마찬가지로, CPP 구조 MR 판독 소자(35)에서는 ABS(29)를 따라서 자계의 강도가 거의 균일하게 확립될 수 있다. 도 12로부터 분명한 바와 같이, 자기 저항 효과막(44)이 한 변이 0.08 μm인 정방형으로 형성되는 경우, 마찬가지로, CPP 구조 MR 판독 소자(35)에서는 ABS(29)를 따라서 자계의 강도가 거의 균일하게 확립될 수 있다. 한편, 비교예에 따른 CPP 구조 MR 판독 소자에서는 ABS(29)의 전체 폭에 걸쳐 현저하고 강한 자계가 작용해 버린다. 이와 같은 CPP 구조 MR 판독 소자에서는 자유측 강자성층에서 자화의 회전이 현저히 저해되어 버린다. 따라서, 전류 자계에 따르면, 자기 저항 효과막(44)의 윤곽이 한 변이 0.1 μm인 정방형을 하회하면, 이미 알려진 자기 영역 제어막보다도 간단하게 자유측 강자성층(53)의 자화 방향이 제어될 수 있다. 전술한 수학식 1의 관계가 유지되는 한, 자기 저항 효과막(44)의 축소에도 불구하고 자유측 강자성층(53)의 자화 방향은 간단히 제어될 수 있다.
CPP 구조 MR 판독 소자(35)를 제조함에 있어서, 도 13에 도시된 바와 같이, 소정의 기판 상에서 하측 전극(42) 상에는 제1 및 제2 소재막(58, 59)이 연달아서 적층 형성된다. 제1 소재막(58)은 전술한 자기 저항 효과막(44)과 동일 구조의 적층체로 구성된다. 제2 소재막(59)은 예컨대 NiFe와 같은 도전 재료로 형성되면 좋다. 제2 소재막(59)의 표면에는 소정의 윤곽으로 레지스트막(61)이 형성된다.
레지스트막(61)에 기초하여 에칭 처리가 실시된다. 에칭 처리에는 예컨대 이온 밀링법이 이용되면 좋다. 도 14에 도시된 바와 같이, 레지스트막(61)의 주위에서 제1 및 제2 소재막(58, 59)이 걷어 내어진다. 이렇게 해서 제1 소재막(58)으로부터 자기 저항 효과막(44)이 깎여 나온다. 마찬가지로, 제2 소재막(59)으로부터 상측 전극(45)이 깎여 나온다. 이 때, 깎여 나오는 자기 저항 효과막(44)의 주위에서 부분적으로 하측 전극(42)의 표면이 깎아 내어지더라도 좋다. 도 14로부터 분명한 바와 같이, 이렇게 해서 하측 전극(42)이 깎이면, 하측 전극(42)에는 단차(62)가 형성된다. 단차(62)는 자기 저항 효과막(44)의 윤곽에 연속된다.
그 후, 하측 전극(42) 상에서는 절연성의 비자성막(47)이 성막된다. 성막함에 있어서 예컨대 스퍼터링법이 이용되면 좋다. 도 15에 도시된 바와 같이, 자기 저항 효과막(44) 및 상측 전극(45)은 비자성막(47)에 파묻힌다. 이렇게 해서 자기 저항 효과막(44) 및 상측 전극(45)의 주위에는 골고루 비자성막(47)이 접촉한다.
비자성막(47)의 성막 후, 도 16에 도시된 바와 같이, 레지스트막(61)이 제거된다. 레지스트막(61)의 제거에 따라 레지스트막(61) 상의 비자성막(47)이 걷어 내어진다. 이렇게 해서 상측 전극(45)의 상면이 비자성막(47)의 틈으로 노출된다. 그 후, 비자성막(47) 및 상측 전극(45) 상에는 상부 실드층(46)이 형성되어 간다.
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 CPP 구조 MR 판독 소자(35a)를 개략적으로 도시한다. 이 CPP 구조 MR 판독 소자(35a)에는 부상면 즉 ABS(29)를 따르면서 상부 실드층(46)으로부터 하부 실드층 즉 하측 전극(42)을 향하여 연장되는 연자성체(63)가 편입된다. 연자성체(63)는 ABS(29)를 따라서 자기 저항 효과막(44)에 병렬로 연장된다. 자기 저항 효과막(44)은 연자성체(63)끼리의 사이에 개재된다. 개개의 연자성체(63)와 자기 저항 효과막(44)은 절연성의 비자성막(47)으로 전기적으로 격절(隔絶)된다. 연자성체(63)는 도 17에 도시된 바와 같이 상부 실드층(46)에 접촉하더라도 좋고, 반대로 하부 실드층 즉 하측 전극(42)에 접촉하더라도 좋다. 다만, 한 연자성체(63)가 동시에 상부 실드층(46) 및 하측 전극(42)에 접촉할 수는 없다. 도면에서, 전술한 제1 실시예의 구성과 균등한 구성에는 동일한 참조 부호가 붙여진다.
이와 같은 CPP 구조 MR 판독 소자(35a)에 따르면, 전술한 바와 같이, 전류 자계의 작용에 기초하여 자유측 강자성층(53)에서 충분히 자화의 방향은 제어될 수 있다. 더구나, 연자성체(63)는 소위 실드층으로서 기능하므로, 자기 디스크(13)로부터 자기 저항 효과막(44)에 작용하는 자계의 영역을 좁힐 수 있다. 특히, 소위 트랙 폭 방향으로 자기 정보의 분해능을 높일 수 있다. 이렇게 해서 CPP 구조 MR 판독 소자(35a)는 한층 더 기록 밀도의 향상에 크게 공헌할 수 있다.
이와 같은 CPP 구조 MR 판독 소자(35a)를 제조함에 있어서, 전술한 것과 같이, 레지스트막(61) 아래에서 제1 및 제2 소재막(58, 59)으로부터 자기 저항 효과막(44) 및 상측 전극(45)이 깎여 나온다(도 13 및 도 14 참조). 그 후, 하측 전극(42) 상에서는 절연성의 기초 비자성막(64) 및 연자성 소재막(65)이 연달아서 성막된다. 성막함에 있어서 예컨대 스퍼터링법이 이용되면 좋다. 도 18에 도시된 바와 같이, 자기 저항 효과막(44) 및 상측 전극(45)에는 기초 비자성막(64) 및 연자성 소재막(65)이 피복된다. 자기 저항 효과막(44) 및 상측 전극(45)의 주위에는 골고루 기초 비자성막(64)이 접촉된다.
기초 비자성막(64) 및 연자성 소재막(65)의 성막 후, 레지스트막(61)이 제거된다. 레지스트막(61)의 제거에 따라 레지스트막(61) 상의 기초 비자성막(64) 및 연자성 소재막(65)이 걷어 내어진다. 이렇게 해서 상측 전극(45)의 상면이 노출된다. 그 후, 도 19에 도시된 바와 같이, 연자성 소재막(65) 및 상측 전극(45) 상에는 소정의 윤곽으로 레지스트막(66)이 형성된다. 레지스트막(66)에 기초하여 에칭 처리가 실시된다. 에칭 처리에는 예컨대 이온 밀링법이 이용되면 좋다. 레지스트막(66)의 주위에서 연자성 소재막(65)이 걷어 내어진다. 이렇게 해서 연자성 소재막(65)으로부터 연자성체(63)가 깎여 나온다. 이 때, 깎여 나오는 연자성체(63)의 주위에서 부분적으로 기초 비자성막(64)의 표면이 깎아 내어지더라도 좋다.
이어서 하측 전극(42) 상에서는 절연성의 비자성막(47)이 성막된다. 성막함에 있어서 예컨대 스퍼터링법이 이용되면 좋다. 도 20에 도시된 바와 같이, 연자성체(63)의 주위에는 비자성막(47)이 골고루 접촉한다. 자기 저항 효과막(44) 및 상측 전극(45)은 비자성막(47)에 파묻힌다. 비자성막(47)의 성막 후, 도 21에 도시된 바와 같이, 레지스트막(66)이 제거된다. 레지스트막(66)의 제거에 따라 레지스트막(66) 상의 비자성막(47)이 걷어 내어진다. 이렇게 해서 상측 전극(45) 및 연자성체(63)의 상면이 비자성막(47)의 틈으로 노출된다. 그 후, 비자성막(47), 상측 전극(45) 및 연자성체(63) 상에는 상부 실드층(46)이 형성되어 간다.
전술한 자기 저항 효과막(44)에서는, 예컨대 도 22에 도시된 바와 같이, 소위 적층 페리 구조가 고정측 강자성층(51)에 이용되더라도 좋다. 이 경우에는, 고정측 강자성층(51)은 예컨대 1쌍의 CoFeB층(51a, 51b)과, 이들 CoFeB층(51a, 51b)끼리의 사이에 개재되는 Ru층(51c)으로 구성되면 좋다. 주지된 바와 같이, 자화 방향 고정층(49)에는 PdPtMn층이 이용되더라도 좋다. 그 밖에, 도 23에 도시된 바와 같이, 자기 저항 효과막(44)에는 소위 터널 접합 자기 저항 효과(TMR)막이 이용되더라도 좋다. 이 경우에는, 고정측 강자성층(51)과 자유측 강자성층(53) 사이에 전술한 도전성의 비자성 중간층(52) 대신에 박막 절연층(67)이 편입되면 좋다.

Claims (14)

  1. 매체 대향면에 교차하는 기준면을 규정하는 하측 전극과,
    소정의 간격으로 기준면과 마주 보게 되는 상측 전극과,
    상측 전극과 하측 전극 사이에 배치되어, 하측 전극에 접촉하면서 기준면을 따라서 넓어지는 자기 저항 효과막과,
    자기 저항 효과막에 인접하면서 기준면을 따라서 넓어지는 비자성체
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자.
  2. 제1항에 있어서, 매체 대향면을 따라서 상측 전극, 하측 전극, 자기 저항 효과막 및 비자성막을 개재하는 상부 및 하부 실드층과,
    매체 대향면을 따르면서 상부 실드층으로부터 하부 실드층을 향하여 자기 저항 효과막에 병렬로 연장되는 연자성체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 연자성체는 상부 실드층과 하부 실드층 중 어느 한 쪽에 접속되는 것을 특징으로 하는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자.
  4. 제2항에 있어서, 상기 상부 실드층은 상기 상측 전극을 겸하는 것을 특징으로 하는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자.
  5. 제2항에 있어서, 상기 하부 실드층은 상기 하측 전극을 겸하는 것을 특징으로 하는 CPP 구조 자기 저항 효과 소자.
  6. 매체 대향면에서 기록 매체와 마주 보게 되는 슬라이더 본체와,
    매체 대향면에 교차하는 기준면을 규정하는 하측 전극과,
    소정의 간격으로 기준면과 마주 보게 되는 상측 전극과,
    상측 전극과 하측 전극 사이에 배치되어, 하측 전극에 접촉하면서 기준면을 따라서 넓어지는 자기 저항 효과막과,
    자기 저항 효과막에 인접하면서 기준면을 따라서 넓어지는 비자성체
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 헤드 슬라이더.
  7. 제6항에 있어서, 매체 대향면을 따라서 상측 전극, 하측 전극, 자기 저항 효과막 및 비자성막을 개재하는 상부 및 하부 실드층과,
    매체 대향면을 따르면서 상부 실드층으로부터 하부 실드층을 향하여 자기 저항 효과막에 병렬로 연장되는 연자성체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 헤드 슬라이더.
  8. 제7항에 있어서, 상기 연자성체는 상부 실드층과 하부 실드층 중 어느 한 쪽에 접속되는 것을 특징으로 하는 헤드 슬라이더.
  9. 매체 대향면에 교차하는 기준면을 따라서 넓어지는 자기 저항 효과막과,
    매체 대향면을 따라서 자기 저항 효과막을 개재하는 상부 실드층 및 하부 실드층과,
    매체 대향면을 따르면서 상부 실드층으로부터 하부 실드층을 향하여 자기 저항 효과막에 병렬로 연장되는 연자성체
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  10. 제9항에 있어서, 상부 실드층과 자기 저항 효과막 사이에 배치되어, 자기 저항 효과막에 접촉하는 상측 전극과,
    하부 실드층과 자기 저항 효과막 사이에 배치되어, 자기 저항 효과막에 접촉하는 하측 전극을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 연자성체는 상부 실드층과 하부 실드층 중 어느 한 쪽에 접속되는 것을 특징으로 하는 자기 저항 효과 소자.
  12. 매체 대향면에서 기록 매체와 마주 보게 되는 슬라이더 본체와,
    매체 대향면에 교차하는 기준면을 따라서 넓어지는 자기 저항 효과막과,
    매체 대향면을 따라서 자기 저항 효과막을 개재하는 상부 실드층 및 하부 실드층과,
    매체 대향면을 따르면서 상부 실드층으로부터 하부 실드층을 향하여 자기 저항 효과막에 병렬로 연장되는 연자성체
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 헤드 슬라이더.
  13. 제12항에 있어서, 상부 실드층과 자기 저항 효과막 사이에 배치되어, 자기 저항 효과막에 접촉하는 상측 전극과,
    하부 실드층과 자기 저항 효과막 사이에 배치되어, 자기 저항 효과막에 접촉하는 하측 전극을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 헤드 슬라이더.
  14. 제13항에 있어서, 상기 연자성체는 상부 실드층과 하부 실드층 중 어느 한 쪽에 접속되는 것을 특징으로 하는 헤드 슬라이더.
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